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1、一种基于元数据管理的柔性电子政务系统模型研究0引言 在世界各国积极倡导信息高速公路的五个应用领域中,电子政务被列为第一位1｡然而,在电子政务蓬勃发展的今天,作为电子政务建设的重要组成部分电子政务系统,仍然面临着诸多问题｡目前,以软件体系结构为中心的构件化开发方法保证了复杂信息系统构造的稳定性,而稳定框架支撑下的柔性力度是维持一个软件系统生命力和活力的关键2｡电子政务系统作为一种复杂的信息系统,针对当前政府业务环境和信息技术本身的不断变化和发展,其功能需求的多样性和灵活性,以及电子政务建设快速发展的迫切性,使电子政务系统软件的开发成为电子政务建设发展的瓶
2、颈｡柔性电子政务系统构建是电子政务系统发展的必然趋势｡如何在先进的信息技术(软件技术､网络技术､通信技术以及信息安全技术)的基础之上,进一步增强系统的可扩充性､可维护性和可移植性,使电子政务系统具有强有力的柔性支持,从而满足电子政务系统的需求特性,是目前电子政务建设亟待解决的问题｡根据电子政务系统的特点,综合笔者从事电子政务系统软件项目的开发经验,使用元数据是一个很好的解决途径,能够为系统在保持稳定性的基础上提供强有力的柔性支持｡ 从目前元数据的研究现状来看,我国元数据研究与发展已进入一个繁荣时期
3、,从纯理论的研究阶段步入了应用性研究阶段3｡但由于我国电子政务系统建设的历史还不长,元数据在实践应用方面还刚刚起步,这方面的理论研究和系统中应用研究很少被提及,存在着明显的不足｡ 针对这一现状,本文根据笔者在电子政务系统中开发的实践经验和对元数据的理解,以实际项目为背景,给出了一种基于元数据管理的电子政务系统软件的体系结构｡ 1柔性电子政务系统特点分析 柔性的研究始于制造系统,如柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)｡柔性软件系统具有充分的系统柔性,是其本质特征所在,其主要表现在结构柔性､界面柔性､运行
4、柔性三个方面4｡柔性软件系统意味着用户能够以适当方式高效､低耗地完成它需要的任何调整;同时,还意味着较高的创新能力以及一定的互操作功能5｡电子政务建设定位于以数据获取和整合为核心､以信息安全为基础､面向决策支持､面向公众服务6｡因此,与一般软件系统相比,柔性电子政务系统应具有如下特点: (1)系统应具有快速､高效处理结构化各异的网络信息资源的能力｡随着电子政务系统的广泛应用,会产生大量的网络政务信息资源｡这些资源具有信息量大(政府拥有社会信息资源的80%)
5、､涉及面广､结构化各异､存储空间分布广泛等特点,给电子政务信息资源的高效发现和管理带来了困难｡ (2)系统应具有应付高度复杂性和易变性问题的能力｡以瑞士人寿(Swiss Life)的办公统计为例7:办公人员的经验参差不齐,人员的组成中既有新手又有工作多年的资深员工;大约80%的办公业务具有中等复杂度,其余的是要求有很多实践经验的高度复杂性的问题;至少大约有60种不同的办公业务,而且由于有些出现随机性和频率各不相同,根本无法确立一种固定的流程;由于相关新法规的不断出现以及旧有法规的不断变化,办公业务总是在变动｡
6、(3)系统应具有较强的互操作功能｡近年来,随着电子政务建设的发展,各级政府相继引进了自己的办公自动化系统｡这些系统的应用,实现了政府办公的电子化,大大提高了政府各部门的工作效率｡但由于这些系统是分期分批单独实现的,操作系统与开发平台各不相同,数据格式也多种多样,给系统数据的互操作以及功能上的互操作带来了很大困难｡ (4)系统应具有高于一般信息系统的安全性｡安全信任是信息化建设的基础,保障信息安全是当前技术条件下政务办公系统能否深入发展的先决条件｡现今流行的有关应用层的安全控制思想和技术主要为数字签名ᦊ
7、0;认证和授权管理等,缺乏与实际业务特别是电子政务业务应用的有机结合｡特别是针对电子政务系统,很少从政务系统软件的内在机制和管理的需要等角度给予深度考虑｡ 2元数据 2.1元数据的概念 元数据是描述和限定其他数据的数据｡关于元数据,迄今为止还没有完全统一的定义｡常规的定义就是:元数据是关于数据的数据(Data about Data)8｡元数据可以狭义理解为描述数据的数据,描述数据的结构､数据的更新情况､数据间的依赖关系､数据的质量等;也可以广义理解为不仅实现对数据的描述,而且描述并实
8、现数据转换､操作､管理｡狭义元数据和广义元数据是从不同层次上对问题和操作数据进行描述9的｡因此,可以这样理解元数据,电子政务系统中的元数据是系统中关于数据､操纵数据的过程和应用程序的结构和意义的描述信息｡元数据有以下特点: (1)高度的抽象性｡元数据既是对系统中数据对象内容及完整性等的一种数据抽象,也是对数据对象的处理逻辑及数据对象表达方式进行控制的一种功能抽象｡ (2)相对的稳定性｡元数据既是系统中某种功能的抽象,也是系统中处理数据对象的抽象｡因此确定描
9、述后,具有相当的稳定性｡ (3)与程序编译的无关性｡系统中的元数据通常是以数据字典的方式静态存储在数据库或文件中,它在系统运行过程中起到以解释方式控制系统行为的作用｡因此影响系统的动态行为,与程序编译是无关的｡ (4)灵活的可扩展性｡元数据在系统运行的过程中,根据业务需求的变化,系统管理员或系统开发人员可以随时对元数据进行修改或增加新的属性｡ 2.2元数据的分类 目前,许多专家学者从不同领域､不同角度对元数据进行分类研究,但从系统开发实践角度,对元数据的分类研究尚属空白｡根据电子政务
10、系统的特点,结合笔者从事电子政务软件项目的开发经验和对元数据理论的深入理解,一般系统中的元数据可以分为如下几类:数据展现元数据类(DIM)､数据存储元数据类(DSM)､用户角色管理元数据类(UJM)､业务管理元数据类(BMM)､模型元数据类(MOM)､方法元数据类(MEM)､知识元数据类(KNM)､数据交换元数据类(DEM)和系统安全元数据类(SEM)｡实践证明,系统中通过引入这些元数据类,能够大大提高系统的灵活性､通用性以及提高系统的开发效率｡ 本文以大
11、型电子政务建设项目“杭州市办公业务资源系统”的软件工程主体部分杭州市政府内部办公系统为例,给出了一种基于元数据管理的电子政务系统体系结构,并对此结构进行了分析和说明｡ 3基于元数据的电子政务系统软件体系结构 3.1电子政务系统层次体系结构 从架构角度提供系统开发柔性机制的支持,一般采用层次化的软件体系架构2｡分层的体系结构可以避免系统部件的耦合,实现了对功能的分割和保护,提高了系统开发效率;可以降低系统的复杂性,增强系统的可扩展性､可重构性和可维护性,实现了柔性电子政务系统的结构柔性｡ 通过对电子政务系统需求特点的分析,考虑系统实现环境(
12、如操作系统､数据库､通信机制､中间件等)和应遵循的标准等因素,并为变化性预留空间,本文设计了如图1所示的基于元数据的电子政务系统的体系结构｡系统的整体框架采用分层体系结构｡这些层次自顶向下分别是信息表现层､服务集成层､应用服务层､数据服务层､传输交换层｡ 3.2层次分析与说明 信息表现层包括各种外观对象,与客户端应用联系紧密,从复杂的业务服务中分离出客户表现｡这样就可以按照特定用户的需求来设计数据展现元数据(DIM)｡通过元数据
13、管理,可以在用户需求随时间流逝而发生改变时也能及时修改,从而实现了柔性电子政务系统的界面柔性｡ 服务集成层主要由环境服务构件构成,为电子政务办公系统核心的功能提供环境支撑,是电子政务办公应用系统运行的基础｡由于协作处理型软件对系统分布性和实时性有着特殊的要求,而不同环境对于系统实时性和分布性的支持方式是不同的,环境服务将这些不同点封装起来,为表示层､业务逻辑层和数据等层的构件提供统一规范的接口｡环境服务主要封装COM､CORBA､Web Service等底层实现细节,提供一种非常理想的､可动态扩展
14、的､灵活的分布式计算模式｡同时,由于办公系统应具有高于一般信息系统的保密性,保障信息安全是当前技术条件下电子政务能否得以深入发展的先决条件｡综合运用PKI/PMI等信息安全技术,并与实际业务有机结合,使安全责任与岗位职责相对应,建立相应的安全元数据(SEM)来保障电子政务系统的实施｡ 应用服务层主要部分是电子政务管理系统开发平台,是整个电子政务软件体系结构的核心部分｡它利用可信Web Service所提供的可信应用开发和集成环境所提供的基本功能,进一步根据中国电子政务的实际应用需求提供互联网与政务专网的隔离功能､
15、;一站式电子政务工作环境的支持功能､通用电子政务构件的支持功能､服务的个性化管理功能以及服务集成功能,提供了各类政务应用系统的开发､运行与集成的统一平台｡平台中维护了大量的元数据｡通过元数据可以清晰地描述基本数据的结构和其间的关系,以及问题､模型(或工具､方法等应用系统的支撑环境)､数据间的相互联系｡因而可以通过元数据的获取和管理,有效地实现数据仓库中基本数据和应用系统支撑环境的有效管理及调度,使系统具有很强的健壮性､重用性和可扩展性,从而实现了柔性电子政
16、务系统的运行柔性｡其主要元数据类型有UJM､BMM､MOM､KNM､ MEM､TEM､DSM｡下面对开发平台中重要元数据类进行详细论述｡ (1)用户角色管理元数据UJM 安全信任是信息化建设的基础,保障信息安全是当前技术条件下电子政务能否得以深入发展的先决条件｡现今流行的有关应用层的安全控制思想和技术主要为数字签名､认证和授权管理等,缺乏与管理业务特别是电子政务业务应用的有机结合,很少从政务系统的内在机制和管理的需要等角度给予深度考虑A
17、377;政务系统中信息量巨大并具有不同程度的信息敏感度,因此产生了具有各种有访问需求的用户,这使得其安全管理活动非常复杂｡ 本系统(图2)引入用户角色管理元数据UJM分别对角色､可控对象､用户､用户组进行管理,然后在角色配置中再对这些元数据进行集成､融合｡从而既可以从容处理千变万化的需求,又能有效灵活地控制管理粒度,最终使业务与安全技术相融合｡ (2)业务管理元数据BMM 系统不仅要管理数据,更主要的是控制数据流程,包括用户数据流和系统数据流｡如果把用户的操作信息及数据传递规则固化在
18、程序中,当用户的操作或规则发生变化时,变动程序是不可避免的,为此本系统引入BMM｡ 本文可以把整个组织业务看成事务对象的集合,一类工作看成集合中的一个元素,相当于一个事务对象｡针对此类工作的所有操作活动联合在一起,形成了该事务对象的基本功能｡ 因此可以把整个业务逻辑抽象成一个可任意扩展的树型结构,如图3所示｡它定义用户可选择的系统功能､有权操作的数据子集､设定数据子集的操作方式以及每个数据子集的数据项等信息｡以本系统中公文流转模块为例,系统管理员需要控制以下内容:用户可操作的数据表(如办文数据表&
19、#65380;行政督察数据表)､对数据表的控制权限(完全控制､修改､浏览)､可操作的数据表元组集合(如已经得到领导批示的公文)､可以选择的操作类型(如基本操作或自定义操作)､可操作的数据表的属性(不可见､可浏览或可编辑)､操作类型(添加､修改､浏览及统计等)｡为实现公文流转需要为不同用户设定相应的操作功能和界面,也就是为用户提供操作集｡其中操作全集是系统的关键元数据集,这个元数据集是一个可扩展的树,而每个元数据元素,也就是树的各
20、个节点采用可变数组的方式来表示｡这样操作集元数据在各个层次上都是可扩展的｡元素之间可以按照业务规则任意组合｡ (3)模型元数据MOM､方法元数据MEM 模型元数据和方法元数据是关于模型与方法的描述信息,用来说明模型方法所面对的问题､适用范围等内容｡系统中通过模型､方法元数据,可以实现对系统中各种模型与方法的快速检索和定位,对某一领域的所有模型进行比较分析,并实现各模型､方法的优化组合｡同时,模型元数据与方法元数据也是相互关联的,如图4所示｡ 该层中还有可以
21、减少访问数据库工作量,实现动态表管理;而且便于实现系统之间元数据共享和重用的数据存储的元数据DSM,描述知识的相关属性及其相互间的联系;便于知识的分类､关联､集成､检索､访问以及处理的知识元数据KNM;作为数据､微操作以及组件方法的载体,实现数据的展现和获取与业务逻辑分离,描述组件方法及其参数,使其在应用开发时可灵活配置模板元数据TEM｡由于篇幅限制,这几类元数据在这里就不展开论述｡ 数据服务层为各项应用提供数据服务,它包括模型库､工具方法库､模板管理库､
22、元数据管理库､政务处理数据库､知识库｡它可以在其中随意增减各层次的构件,并提供对关系和多维数据库的支持,采用元数据建模及仓储｡通过数据服务层,可以成功地收集､分析､理解信息并根据信息作出相应决策｡ 数据传输及交换层:由于应用平台和各用户内部系统的结构环境差异,面临的是一个物理上分散､异质异缘的电子政务环境｡在这样一个异构环境中,如果没有统一的､接口良好的､包容性很强的信息集成和处理技术来为该异构环境下不同系统提供数据服务和业务逻辑计算服务,电
23、子政务系统就很难做到真正的一体化｡必须解决异构环境中的数据交换问题｡本系统的数据传输及交换层主要分为两类构件,即外部邮件自动加载以及内部邮件发送和数据交换构件｡外部邮件自动加载以及内部邮件发送构件既可以与广泛应用的其他邮件系统(如Lotus Notes相连),也可以按自己特有的数据格式发送邮件,并自动入库｡数据交换构件用于将异构数据的组织形式(如DFB､TXT､FZ､WPS､国办二扫文件等)转换成系统特有的数据形式,用于解决遗留系统的信息集成问题｡ 系统引入了数据交换元
24、数据DEM,通过运用数据交换元数据,可以灵活､高效地实现上述两类构件的灵活性和可扩展性,并能同时保证数据的一致性和完整性｡ 4结束语 本文从系统开发实践的角度,讨论了系统中元数据的分类､特点及其作用,并给出一种基于元数据管理的电子政务系统的体系结构模型｡有关研究结果在电子政务大型建设项目“杭州市办公业务资源系统”的主体软件部分的开发实践中得到应用和检验,并取得了良好的效果｡实践证明,在对电子政务系统进行深入分析和深刻理解的前提下,通过对电子政务系统中元数据进行深入研究,并以此为基础,采用先进的层次化软件体系架构构建的柔性电子政务系统具有填补我国电子政务领域理论匮乏的理论意义和增强电子政务系统的可移植性､可扩展性､可维护性以及提高系统开发效率的现实意义｡ 本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。